T1__Full text Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pengaruh SBox Advanced Encryption Standard (AES) terhadap Avalanche Effect pada Perancangan Kriptografi Block Cipher 256 Bit Berbasis Pola Teknik Tarian Dansa Tali dari Maluku T1

(1)

1

Pengaruh S-Box Advanced

Encryption Standard (AES)

Terhadap

Avalanche Effect

Pada Perancangan Kriptografi Block Cipher 256 Bit

Berbasis Pola Teknik Tarian Dansa Tali Dari Maluku

Artikel Ilmiah

Peneliti:

Lyonly Evany Tomasoa (672012051) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.

Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana

(2)

ii

Pengaruh S-Box Advanced

Encryption Standard (AES)

Terhadap

Avalanche Effect

Pada Perancangan Kriptografi Block Cipher 256 Bit

Berbasis Pola Teknik Tarian Dansa Tali Dari Maluku

Artikel Ilmiah

Diajukan kepada Fakultas Teknologi Informasi

untuk memperoleh Gelar Sarjana Komputer

Peneliti:

Lyonly Evany Tomasoa (672012051) Magdalena A. Ineke Pakereng, M.Kom.

Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

1

1. Pendahuluan

Berbicara tentang masalah yang terjadi dalam sebuah jaringan komputer, maka sistem keamanan data adalah suatu hal yang tidak dapat dilepaskan dari masalah tersebut. Seiring dengan itu dikembangkan sebuah cabang ilmu yang mempalajari tentang keamanan data yang disebut Kriptografi. Kriptografi sangat berperan penting dalam keamanan informasi saat ini, mulai dari percakapan melalui telepon genggam, transaksi di bank, sampai aktivasi peluru kendali pun menggunakan kriptografi [1]. Kriptografi adalah ilmu dan seni untuk menjaga kerahasiaan data [2]. Dalam kriptografi pesan asli yang dimengerti isinya dinamakan plaintext. Sedangkan pesan yang tidak dimengerti yang merupakan hasil transformasi dari plaintext disebut ciphertext [3]. Terdapat dua konsep utama dalam kriptografi yaitu enkripsi yang merupakan proses mengubah data yang dikirim (Plaintext) menjadi sandi (Ciphertext) dan dekripsi yang merupakan kebalikan dari enkripsi dimana ciphertext diubah kembali menjadi plaintext. Secara umum terdapat 3 (tiga) jenis algoritma di dalam kriptografi modern, yaitu simetris, asimetris, dan fungsi hash (One Way Fuction). Kriptografi yang digunakan dalam penelitian ini bersifat simetris dengan menggunakan satu kunci untuk proses enkripsi dan dekripsi, digunakan kriptografi simetris karena tidak membutuhkan proses komputasi yang rumit untuk proses enkripsi dan dekripsi [4].

Algoritma pada perancangan kriptografi dalam penelitian ini adalah algoritma berbasis Block Cipher 256 bit dengan pola transposisi teknik tarian dansa tali yang dikombinasikan dengan tabel substitusi atau S-Box. Block Cipher adalah algoritma enkripsi yang membagi plaintext yang akan dikirimkan dengan jumlah bit tertentu (block), dan setiap block akan dienkripsi dengan proses yang sama untuk menghasilkan block ciphertext.

Dansa Tali merupakan salah satu tarian penyambutan tamu yang berasal dari daerah Maluku. Keunikan dari tarian ini adalah penggunaan tali sebagai alat bantu tarian dimana tarian ini terdiri dari 16 (enam belas) pasang penari. Setiap pasang penari memegang 1 (satu) tali yang kemudian tali-tali dari setiap pasang penari akan saling mengikat satu sama lain. Uniknya proses mengikat dan membuka ikatan tali dilakukan dengan pola perpindahan posisi dari setiap pasang penari. Sehingga pola tersebut digunakan sebagai algoritma pola transposisi untuk pengambilan maupun pemasukan bit plaintext pada setiap blok matriks.

(13)

2

2. Tinjauan Pustaka

Sampai saat ini sudah banyak penelitian tentang kriptografi simetris. Salah satunya dalam penelitian yang berjudul

“

Perancangan Kriptografi Block Cipher dengan Langkah Kuda” yang membahas tentang kriptografi block cipher dengan langkah kuda lari dan langkah kuda jalan. Algoritma langkah kuda lari dan langkah kuda jalan dapat membuktikan bahwa pola ini dapat menghasilkan kriptografi simetris dan dapat memenuhi lima-tupel). Hasil perbandingan dengan AES-128, rancangan berbasis langkah kuda adalah 0.94869906 ms [5].

Penelitian kedua yang berjudul “Penggunaan Motif Kain Tenun Timor Dan Linear Congruential Generator (LCG) Dalam Merancang Dan mengimplementasikan Algoritma Kriptografi Cipher Block” yang membahas tentang algoritma Kain Tenun Timor (KTT) dan linear congruential generator (LCG) sebagai pembangkit kunci. Perancangan algoritma kriptografi berbasis motif kain tenun timor adalah suatu rancangan algoritma kriptografi cipher block yang beroperasi dalam bentuk bit, dan termasuk dalam teknik kriptografi kunci simetris. Hasil dari perancangan algoritma kriptografi ini dapat digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi teks yang kemudian diimplementasikan ke dalam bentuk aplikasi [6].

Adapun penelitian ketiga berjudul ”Perancangan Kriptografi Block Cipher

256 bit berbasis pada pola tuangan air”. Dalam penelitian ini, perancangan kriptografi

menggunakan pola tuangan air untuk pengambilan dan pemasukan bit yang dikombinasikan dengan tabel substitusi [7].

Kriptografi adalah ilmu sekaligus seni untuk menjaga keamanan pesan (message) [2]. Kriptografi (cryptography) berasal dari Bahasa Yunani: “cryptos”

artinya “secret” (rahasia), sedangkan (graphein) artinya “writing” (tulisan). Jadi,

kriptografi berarti “secret writing” (tulisan rahasia). Definisi yang digunakan di dalam buku yang lama (sebelum tahun 1980-an) menyatakan bahwa kriptografi adalah ilmu dan seni untuk menjaga kerahasiaan pesan dengan cara menyandikannya dalam bentuk yang tidak dapat dimengerti lagi maknanya [1]. Proses menyandikan plaintext menjadi ciphertext disebut enkripsi (encryption) atau enciphering, Sedangkan proses mengembalikan ciphertext menjadi plaintext disebut dekripsi (decryption) atau deciphering [1]. Setiap proses enkripsi dan dekripsi pastilah memerlukan suatu kunci rahasia. Bila enkripsi dan dekripsi dilakukan hanya dengan satu kunci yang sama, ini adalah jenis kriptografi dengan enkripsi simetris atau biasa disebut kriptografi simetris. Sedangkan jika enkripsi dan dekripsi dilakukan dengan dua kunci, yaitu public dan private, ini jenis kriptografi asimetris. Di dalam penelitian ini, digunakan kriptografi simetris karena tidak membutuhkan proses komputasi yang rumit untuk proses enkripsi dan dekripsi.

(14)

3

ini proses enkripsi dilakukan dalam 5 (lima) putaran untuk mengurangi penggunaan memori karena pada penelitian sebelumnya yang secara umum mencapai 8-20 putaran yang memakan banyak memori pada setiap putarannya.

Permutasi berpengaruh pada saat enkripsi tertentu yang sudah pasti rahasia, karena permutasi tersebut adalah fungsi dari kunci rahasia. Jika pengguna menggunakan satu block cipher untuk mengenkrip satu pesan dengan panjang sembarang, pengguna menggunakan teknik yang dikenal sebagai modus operasi untuk block cipher tersebut [2]. Blok Cipher adalah rangkaian bit yang dibagi menjadi blok-blok bit yang panjangnya sudah ditentukan sebelumnya. Plaintext akan diproses dengan panjang blok yang tetap, pada data yang panjang maka dilakukan pemecahan dalam bentuk blok yang lebih kecil. Jika dalam pemecahan dihasilkan blok data yang kurang dari jumlah data dalam blok maka akan dilakukan proses padding. Setiap blok cipher memproses teks dengan blok yang panjangnya 256-bit, untuk mempersulit teknik kriptanalisis dalam membongkar kunci. Block cipher juga merupakan algoritma kunci simetri atau kriptografi kunci private, dimana kunci untuk enkripsi sama dengan kunci untuk dekripsi. Skema proses enkripsi dan dekripsi block cipher secara umum digambarkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Skema Proses Enkripsi dan Dekripsi Pada Block Cipher [1].

Misalkan blok plainteks (P) yang berukuran n bit



p p pn



P  ₁, ₂, (1)

Blok ciphertext (C) maka blok C adalah



c c cn



C  ₁, ₂,, (2)

Kunci (K) maka kunci adalah



k k kn



K  ₁, ₂, (3)

Sehingga proses Enkripsi adalah

 

P C

EK  (4)

(15)

4

 

C P

DK  (5)

Kriptografi harus melalui uji kriptosistem terlebih dahulu yang diuji dengan metode Stinson. Sebuah sistem kriptografi harus memenuhi lima-tupel (Five-tuple) (P, C, K, E , D) dengan kondisi [8] :

1. P adalah himpunan berhingga dari plainteks, 2. C adalah himpunan berhingga dari ciphertext,

3. K merupakan ruang kunci (keyspace), adalah himpunan berhingga dari kunci, 4. Untuk setiap k K, terdapat aturan enkripsi ek E dan berkorespodensi dengan

aturan dekripsi dk  D. Setiap ek : P  C dan dk : C  P adalah fungsi sedemikian hingga dk (ek (x))= x untuk setiap plainteks x P.

Sehingga Untuk setiap , terdapat aturan enkripsi dan

berkorespondensi dengan aturan dekripsi . Setiap dan dk:

adalah fungsi sedemikian hingga untuk setiap plainteks .

Untuk menguji nilai algoritma yang dirancang memiliki hasil ciphertext yang acak dari plaintext maka digunakan Persamaan 6, dimana variable X merupakan

= Kuadrat dari total jumlah variabel X

Σy2

= Kuadrat dari total jumlah variabel Y

Σxy = Hasil perkalian dari total jumlah variabel X dan variabelY

Untuk mengetahui nilai keacakan dari hasil enkripsi antara ciphertext dengan plaintext digunakan diferensiasi data yang dimana perbandingan selisih antara dua titik dalam kalkulus. Metode ini sering disebut sebagai turunan atau kemeringan dari data. Jika diberikan kumpulan data ((x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), …, (xn,yn)) dengan syarat bahwa xi<xi+1 dimana i = 1…n. Data tersebut dapat divisualisasikan ke dalam

koordinat Cartesius untuk setiap x sebagai variabel bebas dan y atau kadang ditulis sebagai f(x) sebagai variabel tak bebas. Untuk menentukan diferensiasi data pada dua titik maka persamaan yang dapat dibentuk seperti persamaan 7.

(16)

5

Pengujian statistika menggunakan korelasi yang merupakan suatu teknik statistik yang dipergunakan untuk mengukur kekuatan hubungan dua variabel dan juga untuk mengetahui bentuk hubungan antara dua variabel tersebut dengan hasil yang sifatnya kuantitatif. Kekuatan hubungan antara dua variabel biasanya disebut dengan koefisien korelasi dan dilambangkan dengan symbol “r”. Nilai koefisien r akan selalu berada diantara -1 sampai +1. Untuk memudahkan menetukan kuat lemahnya hubungan antara variabel yang diuji maka dapat digunakan Tabel 1 [9].

Tabel 1 Klasifikasi Koefisien Korelasi.

Interval Koefisien Tingkat Hubungan

0,00 – 0,199 Sangat Rendah

0,20 – 0,399 Rendah

0,40 – 0,599 Sedang

0,60 – 0,799 Kuat

0,80 – 1,000 Sangat Kuat

3. Metode dan Perancangan Algoritma

Tahapan Penelitian yang digunakan dalam penelitian ini dapat dibagi ke dalam 4 (empat) tahap yaitu: (1) tahap identifikasi masalah, (2) tahap pengumpulan data, (3) tahap perancangan kriptografi, (4) tahap pengujian kriptografi, (5) tahap penulisan artikel ilmiah.

Gambar 2 Tahapan Penelitian Identifikasi Masalah

Pengumpulan Data

Perancangan Kriptografi

Pengujian Kriptografi

(17)

6

Tahapan Penelitian pada Gambar 2, dapat dijelaskan sebagai berikut, Tahap Identifikasi Masalah : Pada tahapan ini dilakukan analisis terhadap permasalahan yang ada, terkait dengan proses perancangan Kriptografi berbasis tarian dansa tali; Tahap Pengumpulan Data : Dalam tahapan ini dilakukan pengumpulan terhadap data dari jurnal-jurnal terkait, buku, serta sumber mengenai pembahasan terkait penelitian tersebut.; Tahap Perancangan Kriptografi : pada tahap ini akan dilakukan perancangan Kriptografi berbasis tarian dansa tali, untuk pembuatan kunci, proses enkripsi dan proses dekripsinya yang dikombinasikan dengan XOR dan menggunakan tabel substitusi s-box untuk transposisi byte; Tahap Pengujian Kriptografi : pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap kriptografi yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan analisis korelasi, dampak avalanche effect, dan memori yang digunakan.; Tahap Penulisan Artikel Ilmiah : Dalam tahap terakhir ini dilakukan penulisan artikel tentang Pengaruh S-Box Advanced Encryption Standard (AES) Terhadap Avalanche Effect Pada Perancangan Kriptografi Block Cipher Berbasis 256 Bit Pada Teknik Tarian Dansa Tali Dari Maluku. Adapun batasan masalah dalam penelitian ini yaitu: 1) Proses enkripsi hanya dilakukan pada teks; 2) Pola Teknik Dansa Tali digunakan pada proses transposisi plaintext; 3) Jumlah plaintext dan kunci dibatasi yaitu menampung 32 karakter serta proses putaran terdiri dari 5 putaran; 4) Panjang block adalah 256-bit.

Dalam penelitian ini, perancangan algoritma kriptografi Block Cipher 256 bit berbasis pola teknik tarian dansa tali, dilakukan 4 (empat) proses untuk 1 (satu) putaran enkripsi. Enkripsi sendiri dilakukan dalam 5 putaran yang ditunjukkan pada Gambar 3.

(18)

7

Gambar 3 merupakan rancangan alur proses enkripsi. Langkah-langkah alur proses enkripsi dapat dijabarkan sebagai berikut: a) Menyiapkan plaintext; b) Mengubah plaintext menjadi biner sesuai dalam tabel ASCII; c) Dalam rancangan enkripsi plaintext dan kunci akan melewati empat proses pada setiap putaran: 1) Putaran pertama Plaintext 1 (P1) melakukan transformasi dengan pola dansa tali dan di-XOR dengan Kunci 1 (K1) menghasilkan Plaintext 2 (P2); 2) Plaintext 2 (P2) melakukan transformasi dengan pola dansa tali dan di-XOR dengan Kunci 2 (K2) kemudian hasil XOR ditransformasikan dengan tabel substitusi S-Box sehingga menghasilkan Plaintext 3 (P3), dan tahapan tersebut diulang pada proses ke-3; 3) Plaintext 3 (P3) melakukan transformasi dengan pola dansa tali dan di-XOR dengan Kunci 3 (K3) kemudian hasil XOR ditransformasikan lagi dengan tabel substitusi S-Box sehingga menghasilkan Plaintext 4 (P4); 4) Plaintext 4 (P4) di-XOR dengan Kunci 4 (K4) kemudian menghasilkan Plaintext 5 (P5); 5) Plaintext 5 (P5) masuk pada putaran kedua dengan alur proses yang sama dengan putaran pertama, dan tahapan tersebut akan berlanjut sampai putaran ke-5 yang menghasilkan Ciphertext (C).

4. Hasil dan Pembahasan

Dalam bagian ini akan membahas mengenai algoritma perancangan kriptografi block cipher 256 bit berbasis pola teknik tarian dansa tali secara terperinci. Teknik proses enkripsi yang melibatkan tabel substitusi untuk memperbesar analisis avalanche effect.

Dalam algoritma ini pola dansa tali digunakan untuk proses pengambilan bit di dalam matriks plaintext. Dansa tali dari Maluku ini memiliki pola seperti yang digambarkan dalam Gambar 4.

(19)

8

Pola (C) Pola (D)

Gambar 4 Pola Teknik Tarian Dansa Tali

Pada Gambar 4 terdapat 4 (empat) pola yang berbeda dimana pada pola-pola tersebut dapat dijelaskan bahwa di dalam tarian dansa tali, penari melakukan gerakan melingkar menggunakan tali dengan titik poros berada di tengah-tengah kemudian diikuti dengan gerakan saling menyilangkan tali seperti yang digambarkan dalam pada Pola B. Pola C dan pola D sendiri memiliki kesamaan dengan 2 (dua) pola sebelumnya hanya saja dalam 2 pola ini dilakukan gerakan dalam 2 kelompok lingkaran penari.

Berdasarkan pola-pola yang sudah dirancang, dilakukan pengujian korelasi atau nilai keterikatan antara plaintext dan ciphertext dengan menkombinasikan urutan pola untuk mendapatkan rata-rata korelasi terbaik. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 3 (tiga) contoh plaintext yang berbeda yaitu :

- ABABABABABABABABABABABABABABABAB

- #F7! U|<$W @LS |)A|\|NY *IN3KE ? - LYONLY E.T 672012051 MAIP 2004

menggunakan kunci : BLOCK CIPHER 256 BIT DANSA TALI

(20)

9

Tabel 2 Tabel Rata Korelasi

RATA-RATA NILAI KORELASI

POLA RATA-RATA POLA RATA-RATA

A-B-C-D 0,09616397 C-A-B-D 0,188637277

A-B-D-C 0,262592166 C-A-D-B 0,119255512

A-C-B-D 0,1229762 C-B-A-D 0,156971089

A-C-D-B 0,253313329 C-B-D-A 0,069968735

A-D-B-C 0,187426628 C-D-A-B 0,168197804

A-D-C-B 0,143346735 C-D-B-A 0,204223244

B-A-C-D 0,111904188 D-A-B-C 0,110857014

B-A-D-C 0,113241665 D-A-C-B 0,137130178

B-C-A-D 0,284668558 D-B-A-C 0,249334493

B-C-D-A 0,119570297 D-B-C-A 0,088945785

B-D-A-C 0,142451684 D-C-A-B 0,094339256

B-D-C-A 0,161814417 D-C-B-A 0,2507346

Tabel 2 menunjukkan bahwa urutan kombinasi pola dengan rata-rata korelasi terbaik terdapat pada urutan pola C-B-D-A. Kombinasi ini pun akan dilanjutkan proses enkripsinya sampai putaran ke-5 untuk menghasilkan ciphertext.

(21)

10

Gambar 5 Rancangan Proses Enkripsi

(22)

11

Gambar 6 Pola Pemasukan Bit Plaintext dan Kunci (Key)

Gambar 6 menjelaskan proses pemasukan bit karakter Plaintext dan Kunci. Setiap 8 bit dari setiap karakter dimasukkan berurutan dengan mengisi blok bagian kiri terlebih dahulu mengikuti garis anak panah berwarna biru hingga penuh pada blok bagian kanan dengan garis anak panah berwarna merah.

1 2 79 77 75 73 72 71 129 130 207 205 203 201 200 199

256 255 254 253 252 251 250 249 248 247 246 245 244 243 242 241

240 239 238 237 236 235 234 233 232 231 230 229 228 227 226 225

224 223 222 221 220 219 218 217 216 215 214 213 212 211 210 209

208 207 206 205 204 203 202 201 200 199 198 197 196 195 194 193

192 191 190 189 188 187 186 185 184 183 182 181 180 179 178 177

176 175 174 173 172 171 170 169 168 167 166 165 164 163 162 161

160 159 158 157 156 155 154 153 152 151 150 149 148 147 146 145

144 143 142 141 140 139 138 137 136 135 134 133 132 131 130 129

128 127 126 125 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 114 113

112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 99 98 97

Gambar 7 Pola Transposisi Bit Plaintext Proses 1

(23)

12 105 107 134 139 163 168 188 193 209 214 226 231 239 244 248 253 106 135 138 164 167 189 192 210 213 227 230 240 243 249 252 254 136 137 165 166 180 191 211 212 228 229 241 242 250 251 255 256

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1